浅谈可靠度理论应用现状及发展趋势

课程论文题目:浅谈可靠度理论应用现状及发展趋势课程:结构可靠度理论专业:结构工程学号:3140201学生姓名：常杭州授课教师:郑晓燕职称:教授二○一四年九月二十四日浅谈可靠度理论应用现状及发展趋势摘要：本文就结构可靠度理论内容做了简要整理，并对可靠度理论的发展历史简要叙述，提出当前可靠度理论两个比较主要的研究方向，就其现状作简要评论。关键词：可靠度理论随机性概率发展趋势1、结构可靠度理论的发展研究按照现行结构可靠度设计统一标准的定义[1],结构可靠度为结构在规定的的时间内和规定的条件下完成预定功能的概率。“规定时间”指结构未来的目标使用期，在结构设计中也称为设计使用年限，如:普通房屋和构筑物为50年:“规定条件”一般指人类活动的限定条件，在拟建结构可靠度分析中，一般要求结构能够得到正常设计、施工、使用和维护，不考虑人为过失的影响;是指以下四项功能：(1)在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用(2)在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性(3)在正常维护下具有足够的耐久性能(4)在正常使用时具有良好的工作性能其中（1）（2）项为安全性要求，（3）项为耐久性要求，（4）为适用性要求，因此通常也认为结构可靠性包括安全性、适用性、耐久性三个方面内容。结构可靠度理论的研究，起源于对结构设计、施工和使用过程中存在的安全性、适用性、耐久性的不确定的认识，这些不确定性主要包括以下三个方面：（1）事物的随机性指事物的发生是随机的，没有明确的依据和理由在未发生前充分表示事物即将发生，即没有明确的逻辑关系（2）事物的模糊性指事物本身的概念是模糊的，某些人为的定义并不能表示在实际过程中事物就是如此的，人为的定义只是无限的接近事物的本质，并不表示事物本身就是定义的那样，概念是事物笼统的概括，具有模糊性（3）事物知识的不完善性指在现有知识理论体系还不完善，只是凭借经验引入经验参数对事物经行判定，知识理论体系有待完善结构可靠度理论就是运用数学的方法对结构进行概率的近似计算，以达到满足安全性、适用性、耐久性的设计要求。2、结构可靠度理论的应用现状及发展趋势2.1概述可靠度理论在结构设计中的应用始于20世纪40年代，从美国学者爱眯弗劳腾(A．M．Freudenthal)发表题为《结构的安全度》论文开始到1954年苏联的尔然尼采提出了一次二阶矩理论，这一时期是可靠度理论的基础阶段。1969年美国学者柯涅尔(Cornell)提出了与结构失效概率相联系的可靠指标作为衡量结构安全度的一种统一数量指标，建立了结构安全度的二次矩模式。同时美国伊利诺大学洪华生对各种结构不定性作了分析，提出了广义可靠度概率法．这一阶段是结构可靠度理论研究的大发展时期。1976年国际“结构安全度联合委员会”(JCSS)，采用“当量正态”的方法来考虑随机变量实际分布的二阶矩模式。至此，二阶矩模式的结构安全可靠度表达式与设计方法开始进入实际使用阶段。我国对结构可靠度理论的研究工作开展的较晚，20世纪60年代土木工程界曾广泛开展过结构安全度的研究与讨论：20世纪70年代把半经验半概率的方法用于结构设计规范中去，并于1980年提出《结构设计统一标准》。从此，结构可靠度理论的应用才在国内开展。工程结构设计方法经历丁不同的发展阶段。从最早的“容许应力法”，到“破损阶段设计法”．这一转变在结构设计方法的演变过程中起到非常重要的作用。我国在1955年制定的《钢筋混凝土结构设计暂行规范》中采取的就是破损阶段设计法方法。随后在破损阶段设计法进一步发展的基础上又提出了极限状态设计法。该法与现在使用的概率极限状态设计法有相同之处，但并非以概率的理论为基础。日前我国《钢筋混凝土结构设计规范》中采用的概率极限状态设计法则又向前发展了一步。该法运用概率的方法给出结构可靠度的计算，属于概率的范畴，但由于该法在运算过程中还带有一定的近似性，故只能视为近似概率法。由半概率半经验的设计方法发展到近似概率设计法表明结构设计达到了一个新的水平。2.2目前结构可靠度研究的主要方向2.2.1腐蚀环境下结构的可靠度分析文献[2]对腐蚀环境中混凝土结构的可靠度进行分析，指出腐蚀介质的侵蚀作用降低了混凝土结构的力学性能．从而使结构的可靠度减小。同时明确了环境条件、混凝土保护层厚度和混凝土强度与钢筋混凝土结构可靠度的关系。对腐蚀环境中混凝土结构的可靠度分析，目前国内外的研究多数集中在氯离子侵蚀环境中钢筋混凝土结构可靠度的变化，但对硫酸盐腐蚀地下混凝土结构使混凝土体积膨胀从而瓦解方面的研究还不是很多。而且在现今的这些研究中。有的未考虑结构设计参数(如混凝土强度、混凝土保护层厚度)对混凝土中钢筋锈蚀起始时间和钢筋锈蚀速度的影响，有的虽作了考虑但未考虑钢筋锈蚀起始时间与钢筋锈蚀速度的相关性(因为两者都与混凝土强度和混凝土保护层厚度有关．但到底成什么样的关系，还没有理论上的依据)，因此．可靠度分析结果不尽合理。对于其它原因引起的混凝土结构劣化，如受冻融循环作用或碱一骨料反应影响的结构，可靠度的分析并不是很多。基于可靠度的结构耐久性设计，研究成果也较少。2.2.2对已有结构的可靠度评估已有结构的可靠度论述的方法属“实用分析法”．是在传统经验法的基础上，结合现代检测手段和计算技术的一种评估方法，它是根据实测的材料强度的不确定性和未来荷载的不确定性，直接用可靠度方法对结构安全性进行评估的方法．在具体分析已有结构的可靠度时,材料强度应采用实测值．但由于材料强度的不均匀性，分析中仍需作随机变量看待，而其平均值和变异系数取用实测结果：对于继续使用期内的荷载，也应根据继续使用期的长短作相应的调整。目前的已有结构可靠度分析方法．是以当时实测的结构材料强度和构件截西尺寸为依据的。没有考虑腐蚀环境中材料性能的变化，这就是还要完善的地方。但需要指出的是:结构的具体情况不同，其抗力的变化规律也各不相同，不能用从大量工程实践得到的结构抗力衰减模型来反映一个具体结构的抗力变化规律。因此，如何根据已有结构本身材料性能的实测结果，来推断该结构的抗力随时间的变化规律，进而计算该结构继续使用期内的可靠度或评估该结构的使用寿命，是已有结构可靠度研究的一项重要内容。对于已有结构的可靠度评估，要求以结构现场实测数据为依据，但有些情况下用传统的可靠度分析方法进行分析可能会有某些不便之处．为此需要使用专门的可靠度计算方法。3、结论对工程结构可靠度理论方面还有很多课题需要进行大力研究，本文对可靠度的认识只是其中应用相对较多的一部分。由于不确定性是工程结构设计、施工和使用中存在的客观事实，因此，对可靠度理论的研究范围就非常广泛。就目前情况，个人认为可以在下面几方面加强可靠度理论的研究：高层建筑的可靠度分析，抗震结构动力可靠度计算，正在使用的结构的使用寿命的可靠度分析等等。因为这些方面更加与当下人民的利益相结合，与时代的发展相结合，与实践相结合，更好地推进理论的发展，保障人民的财产与安全，符合土木最初的目的。参考文献[1]中华人民共和国国家标准.工程结构可靠度设计统一标准（GB50153-2008）.北京：中国建筑工业出版社，2008.[2]BS8210.GuideToBuildingMaintenanceManagentent.BSI[3]朱殿芳,陈建康,郭志学.结构可靠度分析方法综述[J].中国农村水利水电，2002,08：47-49.[4]贡金鑫.工程结构可靠度计算方法[M].大连理工大学出版社.[5]仲秋伟，赵国藩.多种腐蚀因素作用下钢筋混凝土结构的可靠度分析[J].土木工程学报2003，11.